Исследователи из США предложили новый тип наноструктутированного покрытия, которое меняет свой цвет, если его толщина варьируется в пределах всего нескольких нанометров. Подобные пленки (толщина которых не превышает 20 нм) могут использоваться для окраски практически любых металлических поверхностей, что позволит создавать необычные ювелирные украшения, а также будет иметь целый ряд технологических применений. К примеру, таким образом можно создавать ультратонкие детекторы и фильтры света, дисплеи, модуляторы и даже солнечные ячейки.

Обычные оптические покрытия, которые являются неотъемлемой частью почти любого оптического устройства, создаются из слоев прозрачного диэлектрического материала. При этом каждый слой имеет длину не менее четверти длины волны излучения. В отличие от них, новые ультратонкие оптические покрытия, предложенные группой ученых из Harvard University (США), имеют толщину порядка нескольких десятков нанометров; кроме того, они выполнены из непрозрачных (значительно поглощающих свет) диэлектрических материалов или полупроводников, что позволяет добиться различных цветовых эффектов.

К примеру, добавление 7 нм слоя германия на поверхность золотого образца позволяет изменить его цвет с золотистого на розовый. Утолщение слоя еще на 4 нм (это покрытие менее 15 атомов толщиной) делает образец фиолетовым, а дополнительные 8 нм делают образец темно-синим.

Эффект, используемый при создании покрытий, во многом напоминает тонкую масляную пленку на дороге в дождливый день, позволяющую одновременно видеть множество различных цветов. Цвета в этом примере появляются за счет интерференции световых волн при их прохождении через масло в воду и при обратном отражении. В результате некоторые длины волн усиливаются, другие же – полностью компенсируются.

В своей работе ученые просто заменили слой масла на поглощающее свет покрытие из германия. При этом оказалось,

что разницы в толщине покрытия всего в несколько нанометров достаточно для получения совершенно разных цветов, поскольку при изменении толщины пленки изменяются условия интерференции световых волн.

Таким образом,

контроль толщины поверхностного слоя позволяет контролировать, какие оптические волны будут отражаться от образца.

Помимо упомянутого выше эксперимента с золотым образцом, исследователи в рамках своей работы попытались нанести пленку на поверхность серебра. Как оказалось, при определенной толщине серебро может внешне напоминать золото или демонстрировать целый диапазон пастельных тонов.

Ученые планируют продолжить изучение художественного применения обнаруженного явления. Однако уже сейчас их разработку можно использовать и в технологических целях. Существует целый ряд практических приложений для устройств, построенных на основе поглощающих свет полупроводниковых слоев. В частности, они могут использоваться в приемниках света, дисплеях, модуляторах и солнечных батареях. С предложенной технологией устройства можно сделать тоньше и эффективнее.

Команда подала патентную заявку на процесс нанесения тонкого покрытия, основанного на стандартных принципах литографии и осаждении из парообразного состояния. Теперь ученые рассчитывают найти способ коммерциализации предложенной методики. Подробные результаты их работы были опубликованы в журнале Nature Materials.